DE1059095B - Schutzschaltung fuer Leitungen ortsveraenderlicher Stromverbraucher - Google Patents

Description

In manchen Betrieben ist es erforderlich, die Leitungen ortsveränderlicher Stromverbraucher auf sämtliche in den Leitungen auftretende Störungen, wie z. B. mechanische Beschädigungen, Bruch des Erdleiters oder Schluß des Erdleiters mit einer Phase od. dgl., zu überwachen. Zu diesem Zweck sind bereits verschiedene Schaltungen entwickelt worden, bei denen außer dem Erdleiter und den Netzleitern noch ein Überwachungsleiter vorhanden ist, der vielfach als metallisches Netzgeflecht oder als eine leitende homogene Masse, welche die isolierten Netzleiter umgibt, ausgebildet ist. Bei bekannten Schaltungen sind der Erdungsleiter, auch Schutzleiter genannt, und der Überwachungsleiter am Ende, der zu überwachenden Leitung durch einen Widerstand oder einen Gleichrichter miteinander verbunden. Am Anfang der Leitung wird über eine Schutzeinrichtung an die von dem Überwachungs- und Schutzleiter gebildete Schleife eine Spannung gelegt, so daß in der Überwachungsschleife ein Strom fließt. Die Schutzeinrichtung ist dann so ausgebildet, daß bei einer Stromänderung in der Überwachungsschleife, die sowohl durch einen Schluß zwischen dem Überwachungs- und Schutzleiter als auch durch einen Bruch des Schutzleiters hervorgerufen werden kann, von der Schutzeinrichtung ein Kommando gegeben wird, das die Ausschaltung der zu schützenden Leitung veranlaßt. Die Schutzeinrichtungen sind meist überdies noch so ausgerüstet, daß auch bei einem Schluß zwischen einem Netzleiter und dem Überwachungsleiter die Anlage ausgeschaltet wird.

Da zwischen dem Überwachungs- und Schutzleiter eine je nach der Länge der Leitung verschieden große Kapazität vorhanden ist, speist man den Überwachungsstromkreis zweckmäßigerweise mit Gleichstrom ein, um dadurch die kapazitiven Einflüsse der Leitung auszuschalten. In Betrieben, in denen explosible Gase auftreten können, insbesondere in Bergbaubetrieben, besteht noch die Forderung, daß die Schutzeinrichtung eigensicher ausgebildet ist, d. h. daß bei einem Schluß zwischen Überwachungs- und Schutzleiter keine zündfähigen Funken auftreten können. Infolgedessen müssen die Spannung und der Strom in dem Überwachungsstromkreis sehr klein gehalten werden. Daher sind die bekannten Schutzeinrichtungen vielfach mit Verstärkern (z. B. Relais, Elektronenröhren, Ionenröhren, Transistoren) ausgerüstet. Bei manchen bekannten Schutzeinrichtungen ist eine große Anzahl von Bauelementen erforderlich, um den nötigen Verstärkungsgrad zu erreichen.

Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist nun eine Schutzeinrichtung, die mit geringen Mitteln zu erstellen ist und die sich im Betrieb als sehr günstig erwiesen hat. In dieser Schaltung ist ein Differential-Schutzschaltung für Leitungen
ortsveränderlicher Stromverbraucher

Zusatz zur Patentanmeldung L 27669 VIIIb/21 c
(Auslegeschrift 1 051 367)

Anmelder:

LICENTIA Patent - Verwaltungs - G. m. b. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dipl.-Ing. Joseph Gonsior, Essen-Haarzopf,
_t ist als Erfinder genannt worden

transformator vorhanden, bei dem als Überwachungsstrom ein Wechselstrom verwendet wird, der eine Teilwicklung auf der Primärseite durchfließt und dabei die Amperewindungen einer anderen von Störungen unabhängig gespeisten Teilwicklung aufhebt. Die Beschädigungen und Fehler der zu überwachenden Leitung bewirken eine Störung des Gleichgewichtes auf der Primärseite, und die dadurch hervorgerufene Spannung auf der Sekundärseite wirkt auf das Gitter einer Verstärkerröhre ein und unterbricht dadurch den Anodenstromkreis der Röhre. Als Folge davon wird die Leitung abgeschaltet. Der Strom in der Überwachungsschleife kann bei dieser Schutzeinrichtung ohne Schwierigkeiten so klein gehalten werden, daß die Anlage eigensicher arbeitet. Als Verstärkerelemente sind lediglich der Differentialtransformator und eine Elektronenröhre vorgesehen. Zweck der Erfindung ist es, eine solche Schutzeinrichtung derart zu verbessern, daß als Überwachungsstrom Gleichstrom verwendet wird, um die Leitungskapazitäten auszuschalten. Im übrigen bleibt aber der Aufbau dieser Schutzeinrichtung bestehen.
Erfindungsgemäß ist der aus dem Überwachungs- und Schutzleiter bestehende Überwachungsstromkreis mit zwei gleichsinnigen Teilwicklungen der Primärseite des Differentialtransformators, einer Wechselspannungsquelle und Gleichrichtern derart zusammengeschaltet, daß die beiden Teilwicklungen nacheinander abwechselnd in entgegengesetzter Richtung von Stromhalbwellen durchflossen werden und in der Überwachungsschleife ein Gleichstrom fließt.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung. In der Zeichnung ist

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nur das für die Schutzeinrichtung Wesentliche dargestellt.

Die zu schützende Leitung, die aus den Phasen UVW besteht, die zu dem Stromverbraucher M führen, ist über den Schalter K an die Netzphasen RST angeschlossen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Differentialtransformator W₁ auf seiner Primärseite mit drei Teil wicklungen 1, 2, 3 versehen. Die Sekundärwicklung 4 des Differentialtransformators ist über eine Brückenschaltung von Gleichrichtern M₅ bis W₈ mit dem Gitter und der Anode einer Elektronenröhre E verbunden. In dem Anodenstromkreis der Elektronenröhre liegt in Reihe mit einem Gleichrichter G das Überwachungsrelais d. Die Primärwicklung des Einspeisungstransformators Ot₂ ist vor der zu schützenden Leitung an das nicht dargestellte Wechselstromnetz angeschlossen. Die Sekundärwicklung 5 des Transformators m₂ ist mit den Enden der Teilwicklungen 2 und 3 des Transformators Ot₁ direkt verbunden. Der Anfang der Teilwicklung 2 des Transformators M₁ ist über die gegeneinandergeschalteten Gleichrichter W₁ und W₂ mit dem anderen Ende der Wicklung 5 des Transformators Wt₁ verbunden. Der Anfang der Teilwicklung 3 des Transformators Ot₁ ist über die Gleichrichter M₃ und M₄, die einander entgegengeschaltet sind und gegenüber den Gleichrichtern W₁ und M₂ in umgekehrter Durchlaßrichtung angeordnet sind, ebenfalls an das eine Ende der Teilwicklung 5 des Transformators m₂ angeschlossen. Der Überwachungsstromkreis, der aus dem Überwachungsleiter ÜL, dem geerdeten Schutzleiter SL und dem Widerstand T₁ besteht, ist einmal zwischen den Gleichrichtern M₃ und W₄ und zum anderen zwischen den Gleichrichtern M₁ und W₂ angeschlossen. Während des Betriebes ergibt sich nun für den Überwachungskreis folgender Stromfluß:

Während einer Halbwelle fließt der Strom von der Teilwicklung 5 über die Wicklung 2 durch den Gleichrichter W₁, über den Schützleiter 6"L, den Widerstand V₁ und den Überwachungsleiter ÜL und durch den Gleichrichter w₄ zurück zur Teilwicklung 5. Während der nächsten Halbwelle fließt der Strom von der Teilwicklung 5 durch den Gleichrichter W₂ und in gleicher Weise, wie oben beschrieben, durch die Überwachungsschleife und dann durch den Gleichrichter W₃, durch die Teilwicklung 3 zurück zur Teilwicklung 5.

Mit dieser Anordnung erreicht man, daß in der Überwachungsschleife ein Gleichstrom fließt, während sich am DifEerentialtransformator eine magnetische Durchflutung ergibt, die genauso wirkt, als wenn nur eine der Teilwicklungen von reinem Wechselstrom durchflossen würde. Zur Kompensation der durch die Wicklungen 2, 3 in dem Differentialtransformator hervorgerufenen Durchflutung ist die Teilwicklung 1 vorgesehen, die vom Einspeisungstransformator Ot₁ über die Teilwicklung 6 gespeist wird. Da infolge der Kennlinie der Gleichrichter in den Teilwicklungen 2 und 3 keine reinen Wechselstromhalbwellen fließen, muß auch der in der Teilwicklung 1 fließende Strom diesem angeglichen werden. Das erfolgt dadurch, daß man in der einen Verbindung der beiden Teilwicklungen 1 und 6 zwei Gleichrichter W₉, W₁₀ anbringt, die mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung einander parallel liegen. Bei Verwendung der Schutzeinrichtung für Beleuchtungsanlagen können zum Zwecke der Signalisierung in dem Überwachungsleiter Tastschalter T vorgesehen sein.

Wird nun infolge eines Fehlers in der Leitung, z. B. durch einen Schluß des Überwachungsleiters ÜL mit dem Schutzleiter SL oder durch einen Bruch des Schutzleiters, das Gleichgewicht des Differentialtransformators Ot₁ in der Primärwicklung gestört, so - wird in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert, die durch die Gleichrichter so gerichtet ist, daß am Gitter der Röhre B eine negative Spannung anliegt. Dadurch wird der Anodenstromkreis der Röhre unterbrochen und damit das Relais d stromlos. Das Abfallen des Relais d bewirkt eine Abschaltung der

ίο Leitung durch den Schalter K.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Aufbau der Schutzeinrichtung im wesentlichen derselbe wie oben beschrieben. Die Kompensationswicklung 1 des Differentialtransformators m_t ist in gleicher

Weise über die Gleichrichter M₉ und M₁₀ mit der Teilwicklung 6 des Einspeisungstransformators m₂ verbunden. Auch die Schaltung der Sekundärwicklung 4 des Differentialtransformators Ot₁ mit der Elektronenröhre B ist die gleiche wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Der Unterschied der Schaltung gegenüber der oben beschriebenen besteht im wesentlichen darin, daß die Teilwicklungen 2 und 3 des Differentialtransformators zu einer einzigen Wicklung mit Mittelanzapfung zusammengefaßt sind. Außerdem ist die Teilwicklung 5 des Einspeisungstransformators Ot₂ ebenfalls mit einer Mittelanzapfung versehen. Der Schutzleiter SL ist an die Mittelanzapfung der Teilwicklung 5 des Transformators Ot₂ angeschlossen, während der Überwachungsleiter ÜL mit der Mittelanzapfung der Teilwicklung 2, 3 verbunden ist. Die Enden der Wicklungen 5 und 2, 3 sind über Gleichrichter M₁₁ und M₁₂ aneinandergeschaltet. Dadurch wird die Überwachungsschleife in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vom Gleichstrom durchflossen, während in der Wicklung 2, 3 insgesamt gesehen praktisch Wechselstrom fließt. Auf der Primärseite des Differentialtransformators Ot₁ ist noch eine Wicklung 7 vorgesehen, die mit ihrer Mittelanzapfung an den Schutzleiter SL angeschlossen ist, während das eine Ende über einen Widerstand r_z mit dem Überwachungsleiter. und das andere Ende über einen Widerstand r₄ mit einem freien Sternpunkt des Netzes verbunden ist. Der freie Sternpunkt des Netzes wrid durch die Drosseln 8, 9 und 10 gebildet, jedoch können zur Sternpunktbildung in gleicher Weise Kondensatoren oder ohmsche Widerstände verwendet werden. Die Wicklung 7 ist erforderlich, damit die Überwachungseinrichtung bei einem Erdschluß innerhalb der zu schützenden Leitung sicher anspricht. Bei einem Erdschluß der Leitung wird nämlich durch den Strom in der Wicklung 7 das Gleichgewicht im DifEerentialtransformator gestört und die Anlage — wie beschrieben — abgeschaltet. In dem Schutzleiter SL können in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 Tastschalter T zur Signalisierung vorgesehen sein, wenn die Überwachungseinrichtung bei Lichtnetzen verwendet wird.

Die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele können sowohl für zweipolige Lichtnetze als auch für dreipolige Kraftstromnetze verwendet werden. Bei der Verwendung für Lichtnetze sind statt der drei den Sternpunkt bildenden Drosseln 8, 9 und 10 nur zwei erforderlich. Weiterhin kann von dem Überwachungsleiter zu einer der Netzphasen eine Verbindung vor- gesehen sein, in der ein Ruhehilfskontakt 11 des Schalters K liegt. Bei Abschaltung der Anlage wird dieser Hilfskontakt geschlossen und der Überwachungsleiter mit einer der Netzphasen verbunden. Dadurch ist es bei einem in der Leitung bestehenden Fehler nicht möglich, die Anlage wieder einzuschalten, da

•dann in der Wicklung 7 des Transformators W₁ ein Strom fließt, der das Gleichgewicht des Differentialtransformators stört.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für Leitungen ortsveränderlicher Stromverbraucher, insbesondere für Betriebe unter Tage, mit einer Signal- und Überwachungsschleife, die aus einem Überwachungs- und einem Schutzleiter besteht und im ungestörten Zustand der Anlage einen Überwachungs strom führt, der beim Durchfließen von Wicklungen auf der Primärseite eines Differentialtransformators eine Durchflutung bewirkt und dadurch eine andere Durchflutung, die durch einen von Störungen unabhängigen Strom hervorgerufen wird, aufhebt, nach Patentanmeldung L 27669 VIIIb /21c, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsstromkreis mit zwei gleichsinnigen Teilwicklungen der Primärseite des Differentialtransformators, einer Wechselspannungsquelle und Gleichrichtern derart zusammengeschaltet ist, daß die beiden Teilwicklungen nacheinander abwechselnd in entgegengesetzter Richtung von Stromhalb wellen durchflossen werden und in der Überwachungsschleife ein Gleichstrom fließt.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der beiden vom Überwachungsstrom durchflossenen Teilwicklungen des Differentialtransformators direkt an das eine Ende der Sekundärwicklung des Einspeisungstransformators angeschlossen sind, während die Anfänge jeweils über zwei gegeneinandergeschaltete Gleichrichter mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung des Einspeisungstransformators verbunden sind, wobei an einer Wicklung die negative Seite des ersten Gleichrichters und an der anderen Wicklung die positive Seite des ersten Gleichrichters liegt und jeweils zwischen den beiden Gleichrichtern der Schutz- oder Überwachungsleiter angeschlossen ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt der beiden Teilwicklungen des Differentialtransformators eine Wicklung mit Mittelanzapfung vorhanden ist, wobei die beiden Enden dieser Wicklung über Gleichrichter an die mit einer Mittelanzapfung versehene Sekundärwicklung des Einspeisungstransformators angeschlossen sind und die Mittelanzapfungen beider Wicklungen mit dem Schutz- und Überwachungsleiter verbunden sind.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswicklung des Differentialtransformators mit einer besonderen Sekundärwicklung des Einspeisungstransformators einseitig über zwei parallel mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung angeordnete Gleichrichter verbunden ist.

5. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Sternpunkt des Netzes durch Drosseln gebildet wird und mit einer primärseitig angeordneten Hilfswicklung des Differentialtransformators verbunden ist.

6. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des freien Sternpunktes des Netzes an Stelle von Drosseln Kondensatoren oder ohmsche Widerstände verwendet werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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